丙酮氢醇装置中冷器的模拟与分析

【摘要】采用PSSP过程仿真系统平台[注]对丙酮氢醇装置制冷系统中间冷却器进行模拟，得出可实施方案，并检验当提高压缩机出口流量时，中冷器的换热效果是否能够满足需求。

【关键词】中冷器；模拟；分析

1、前言

本文采用北京东方仿真公司的PSSP过程方针系统平台对化工二厂丙酮氢醇装置制冷系统中间冷却器进行连续模拟计算。通过对工艺流程的分析和对生产数据的筛选，选择可实施方案建立了模型，模拟结果与实际生产数据比较，模拟结果与实际结果吻合较好，并为生产中数据准确性提供了校验根据，模拟结果可用于装置做各种分析以及进行动态模拟进一步分析大幅波动时应如何调整生产操作的基础。

2、工艺原理

丙酮氰醇由丙酮和氢氰酸在碱性催化剂氢氧化钠存在下进行缩合反应制得。丙酮氰醇反应速度很快，同时放出大量的热量。

丙酮氰醇的加成反应就是羰基加成的具体应用之一。其反就方程式为：

丙酮氰醇为热敏性物质，在碱性、高温，或者停留时间过长的条件下都易产生分解，尤其是高纯度丙酮氰醇分解速度更快。因此在丙酮氰醇提纯技术上，关键问题是减少丙酮氰醇在高温下的分解，缩短丙酮氰醇在高温区的停留时间。

3、工艺流程

压力为1.219绝压，温度为―30℃的气氨从液氨分离器V852来，在过热10℃（即-20℃）的状态下被制冷压缩机C852低压级气缸吸入，把气氨压缩到中间压力4.716绝压，其排气温度为72℃。

压力为0.4716Mpa绝压，温度为72℃的氨气从双击压缩机出口进入中间冷却器，在中间冷却器中，因液氨的蒸发，把气氨冷却到中间压力下的饱和温度，即中间温度20℃，进入中间冷却器的液氨由高压贮氨罐来，通过自动调节阀维持中间冷却器液面并把液氨由冷凝压力节流到中间压力，低压级气缸排出的气氨经中间冷却器冷却后被高压级气缸吸入，压缩到冷凝压力（夏季最高为1.585Mpa绝压，排气温度90℃）进入油分离器GY852。

从贮氨罐出来的液氨，经中间冷却器的过冷盘温管把液氨温度从冷凝温度过冷到中间温度5℃，然后回到经调节站，经调节站自动调节阀进入氨蒸发器E852这样循环往复。

4、流程模拟分析

制冷是借助于制冷剂状态的变化，通过吸收被冷却对象的热量――载冷剂，而达到制冷目的，氨制冷热力过程（以两级压缩为例），采用氨作致冷工质的热力过程，见图4-1。

在p-i图中有两线三区，即ak干饱和蒸汽，bk饱和液线；akc以右为气态区，bkc以左为液态区，akb线以下为汽液共存区。

在p-i图中，1、2线为氨汽在压缩机内进行的第一级多变压缩过程；2、3线为中间冷凝器内的等压冷却过程；4、5线是冷却器内的等压冷却过程；6、7线是氨在制冷室内的等温吸热过程；7、1线为氨汽在管道内的绝热等温降压流动过程（当管道隔热不良时，也可能是吸热增冷的降压过程）。

5、建立模型

5.1中间冷却器结构示意图

制冷系统中间冷却器（简称中冷器）的结构示意图如图5-1：

图中1为中冷器气相物流出口，2为中冷器气相物流入口，3为中冷器液相物流入口，4为盘管物流入口，5为盘管物流出口，6为中冷器液相物流出口。

5.1.1绘制仿真P-I图

制冷系统中间冷却器（简称中冷器）的仿真P-I图如图5-2：

5.2模型建立

5.2.1仿真流程

氨气由双机压缩机一段出口送到中冷器，气相部分扩容冷凝。气相部分送至双击压缩机二段进行提压升温，然后送至油分离器，分离油后的氨液通过冷凝器降温到达高压贮氨器。其中，油分离器溢流部分直接进入高压贮氨器。两者混合后，高压贮氨器中一部分氨液直接进入中冷器，另一部分通过中冷器盘管与中冷器内部进行换热后回到调节站。形成中冷器的整体循环。

5.2.2模型模块图

在PSSP平台下建立模型有一条原则，既模块与模块之间按照计算流量和计算压力相互交替使用。也就是说对于一个模块，自身算压力和自身算流量只能择其一。并且一个算压力的模块前、后只能接算流量的模块，而不能接算压力的模块。因此，为了避免产生模块冲突，导致流程中物流的阻塞，需要根据模型流程绘制模块图。

ACH装置双机压缩机系统其中一支线路模块图，如图5-3。

其中E853A是中间冷凝器，C852A1、C852A2是压缩机，GY852A是油分离器，V863A是溢流罐，E855是氨冷凝器，V854是高压贮氨罐，P是自算压力，S是自算流量。方块中标示的是该模块使用的算法。换热器因本身只是进行热量传递，因此该模块既不算压力又不算流量。

6、主要设备

本流程模拟的主要单元设备有罐、换热器等。总计单元设备模块29个，不包括并行的另外两个分支模块，四则运算模块，显示仪表模块。主要模型如图6-1。

中冷器的主体是一个气液相之间可以相互转化，从而达到平衡的罐设备E853A。中冷器气相物流FIG由压缩机2段出口来，液相物流FIL由换热器冷物流出口FCO来。盘管部分主要是由一个无相变换热器8855A组成，高压贮氨器V854的氨液一部分经过调节阀门、截留扩容后进入换热器冷物流入口FCI，另一部分经过阀门进入换热器热物流入口FHI，从而达到中冷器盘管的换热功能。

7、模型数据与实际数据间比较

8、结论

在装置操作条件下模拟，结果与原始设计数据吻合较好，可在该模拟基础上做进一步的分析，应用于装置的生产调优和新装置的工艺设计。